Лекція № 7 темА: «Екологічні системи та їх продуктивність»

План: 1. Визначення екосистеми. 2. Колообіг енергії. 3. Продуктивність екосистем.

2. Екологічні піраміди. 6. Гомеостаз екосистеми.

Мета: Дати визначення поняттю «екосистема», а також показати структуру, особливості функціонування та різновиди.

Екосистема - це комплекс організмів і компонентів неживої природи, у якому здійснюється колообіг речовин та каскадоподібна передача енергії.

Або: «Будь-яка єдність взаємодіючих організмів та абіотичного оточення з визначеною трофічною структурою, видовим різноманіттям та колообігом речовин – екосистема»

1. Термін "екосистема" – англійський еколог Артур Тенслі в 1935 р. виказав ідею єдності організмів та середовища. Німець Карл Мебіус 1877 р. – про співтовариства організмів на коралових рифах як про "біоценоз". Докучаєв В.В. і Морозов Г.В. лісоводи надавали велике значення цьому поняттю. Загалом на межі XIX і XX ст. стали розглядати ідею єдності природи незалежно від того, яке середовище (прісна вода, море, суходіл) буде об’єктом вивчення. Зараз вважається, що екосистеми складаються з біоценозів.

В екосистемі вирізняють:

1. Автотрофний комплекс – (самостійне живлення – фіксація сонячної енергії).

2. Гетеротрофний комплекс – (будучи їжею для інших, утилізація, перебудова та розкладення складних речовин).

Для зручності аналізу в (Е) виокремлюють наступні компоненти:

1. Неорганічні речовини (CN, CO₂, H₂O тощо) вступаючи в кругообіг.

2. Органічні речовини зв’язуючи біотичні і абіотичні (ліпіди, білки, вуглецево-гумінові речовини) частини.

3. Абіотичні фактори (кліматичні грунти).

4. Продуценти.

5. Макроконсументи, фаготрофи – головним чином тварини.

6. Мікроконсументи, сапротрофи "греч." сапро – розкладати.

Перші три групи – неживі компоненти Е₀, інші складають біомасу.

Гетеротрофів поділяють на: біофаги (їдять живе), сапрофаги (їдять мертве).

З функціональної точки зору екосистема характеризується:

1. Потоком енергії;

2. Ланцюгами живлення;

3. Структурою просторово-часового різноманіття;

4. Кругообігом поживних елементів (біогеохімічний кругообіг);

5. Розвитком.

2. Колообіг енергії. Енергія – це здатність виконувати роботу. Трофічна структура, трофічні ланцюги та їх довжина: Правило Ліндемана.

Функціонування екосистеми дозволяє розділити у часі потоки енергії на:

• Пасовищний (пряме споживання рослин або їх частин).

• Детритний (спочатку накопичення а потім розкладення детритного матеріалу).

Закони термодинаміки пояснюють властивість енергії:

1-закон – Енергія здатна переходити з однієї форми в іншу, але не створюється наново і не зникає.

2-закон Процеси, пов’язані з перетворенням енергії можуть виникати мимоволі за умов, що енергія переходить з концентрованої форми в розсіяну.

Найважливіша термодинамічна характеристика організмів, екосистеми та біосфери – здатність створювати та підтримувати високу ступінь внутрішньої впорядкованості – ентропії ( міра впорядкованості). Система володіє низькою ентропією тому в ній виникає переривчасте розпорошення легко використаної енергії (наприклад – світла або їжі) та перетворення її у важко для засвоєння і використання (наприклад – теплову).

Організми в біосфері зазнають впливу потоку енергії, який складається з світлового опромінення та теплового довгохвильового опромінення від близько лежачих тіл. Це зумовлює до них умови середовища.

Сонце для планети Земля — це життя для всього живого. На поверхню планети Земля щороку поступає приблизно 55 ккал/см2. При цьому рослини фіксують не більше 1—2% сонячної енергії, остання витрачається на нагрівання атмосфери, суші і випаровування. З накопиченої рослинами сонячної енергії не більше 7—10% дістається рослиноїдним тваринам, що харчуються живими рослинами.

Тільки мала частина сонячного опромінення використовується у фотосинтезі, забезпечуючи енергією живі компоненти екосистеми. На верхню межу біосфери падає сонячне світло з енергією 2 кал 1 кв. см /1хв. (сонячна стала). Але проходячи через атмосферу воно послаблюється і в погожий полудень до землі доходить до 67% енергії (1,34 кал. кв. см/1хв.).

В помірній зоні до автотрофних компонентів за день надходить 100-800 кал./см², в середньому 300-400, ультрафіолет (L хвилі < 0,3 мкм) не проходить нижче озонового шару (h ~ 25 км). Це дуже корисно, бо дещо згубно для протоплазми.

Променева енергія яка досягає земної поверхні в погожий день складається на 10% з ультрафіолету, 45% – видиме світло, 45% – інфрачервоні промені. Проходячи через товщу хмар та води найменше послаблюється видиме світло, що важливо для фотосинтезу. Зелені рослини (хлорофіл) найбільш інтенсивно поглинають сині (0,4-0,5) та червоні промені (0,6 – 0,7 мкм). А енергія далекого інфрачервоного опромінення поглинається вологою листків і оточуючих їх водяні випаровування.